Gas transfer at the water surface with buyoant convective turbulence

• Applicant: Professor Gerhard H. Jirka, Ph.D. (†)
• Subject Area: Hydrogeology, Hydrology, Limnology, Urban Water Management, Water Chemistry, Integrated Water Resources Management
• Term: from 2005 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5452187

Der Gasaustausch an der Wasser-Luft Grenzfläche spielt sowohl in geophysikalischen Prozessen als auch in Umweltströmungen eine wichtige Rolle. Die Anwendungsgebiete reichen dabei von natürlichen geochemischen Stoffkreisläufen bis hin zu industriellen Anwendungen. Bislang konzentrierten sich die meisten Studien zum Gasaustausch auf den Einfluss windinduzierter Turbulenz, wie sie beispielsweise in Seen und Ozeanen vorhanden ist bzw. durch Sohlreibung induzierte Turbulenz in Flüssen. Viele Seen oder Wasserreservoirs liegen jedoch in topografisch geschützten Bereichen, was den Windangriff und die damit verbundene Wellenbildung stark reduziert. In solchen Regionen ist nicht nur die windinduzierte Turbulenz der maßgebende Prozess, sondern auch die durch Auftriebsströmungen erzeugten Strömungsinstabilitäten. Dieser Mechanismus wurde bis jetzt nur wenig grundlegend untersucht. Das Ziel des vorgestellten Forschungsprojekts ist es deswegen, mit Hilfe von Laborversuchen unter Verwendung moderner optischer Messverfahren (berührungslos), den Einfluss von natürlichen Auftriebsströmungen auf den Gasaustausch an der Wasser- Luft Grenzfläche grundlegend zu untersuchen. Mit den gewählten Messtechniken ist es möglich, simultan das turbulente Geschwindigkeitsfeld (w) sowie die Konzentrationsschwankungen (c) zu quantifizieren den turbulenten Massenfluss (c¿w¿ ) direkt zu erfassen. Die verwendeten Messmethoden ermöglichen außerdem einen direkten Einblick in die physikalischen Prozesse des turbulenten Massenflusses sowie dessen Quantifizierung hinsichtlich des Gesamtmassenflusses. Dieses Prozessverständnis ist hinsichtlich des Wasserqualitätsmanagements bzw. der Modellentwicklung zur Prognose der Wasserqualität in Seen oder Wasserreservoirs von großer Bedeutung. Dieses Projekt steht in Beziehung mit dem im März 2005 zum Abschluss kommenden Projekt (DFG Grant No. JI 18/7-2) zur Untersuchung des Gasaustauschs unter dem Einfluss durch Sohlreibung induzierter Turbulenz, und kann damit als logische Konsequenz betrachtet werden.

• DFG Programme: Research Grants